AANGEPASTE FREQUENTIE STABILISATOR VOOR PSK31
ONTVANGST MET DE EENVOUDIGE ONTVANGER

(2008)

CLICK HERE FOR THE ENGLISH VERSION


Eenvoudige SSB-CW ontvanger met een frequentie
stabilisator voor PSK31 ontvangst en fijnafstemming.

De eenvoudige ontvanger die gestabiliseerd moet worden
Voor het afstemmechanisme wordt geen afstemcondensator gebruikt maar een verfroerstokje waarop een kortgesloten wikkeling van koperdraad is gemonteerd. Deze wikkeling beweegt naar de VFO spoel toe of er vanaf en zo kun je de frequentie varieren! De antenne koppelwikkeling L1 is op een plastic buisje gewikkeld en kan naar en over L2 worden geschoven. Zo heb je een eenvoudige en goedkope HF regeling en dus ook een volume regeling.
Een complete beschrijving van de oorspronkelijke ontvanger kun je vinden door op deze link te klikken: EENVOUDIGE ONTVANGER VOOR 40 EN 20 METER


De nieuwe versie van de ontvanger met fijnafstemming, 30 meter
band en aansluiting voor de geluidskaart van de PC.

big diagram

Aangepaste frequentie stabilisator voor PSK31 ontvangst
De VFO is niet stabiel genoeg voor PSK31 ontvangst. Geen wonder, dat kun je bij zo'n simpele en open constructie ook niet verwachten. Daarom moeten we de VFO frequentie stabiliseren met een frequentie stabilisator. Dat lukte niet met een gewone Huff & Puff schakeling, wel met een aangepaste versie.


Aangepaste eenvoudige frequentie stabilisator en VFO.

Het lijkt een hele gewone Huff & Puff stabilisator maar dat is het dus niet. Normaal gebruikt men in een Huff & Puff stabilisator namelijk een kloksignaal van 10 tot 50 Hz, zodat het VFO signaal om dezelfde kleine frequentie stapjes locked. De VFO van deze eenvoudige ontvanger was te onstabiel voor zo'n Huff & Puff stabilisator. Bij metingen bleek dat de frequentie binnen 1 of 2 seconden al 10 tot 20 Hz kan varieren. Om toch een Huff & Puff schakeling te gebruiken, is hier een veel hogere klokfrequentie van ongeveer 976 Hz toegepast. Het regelen gaat dan veel sneller en om de 976 Hz (8 MHz / 8192) kan de VFO worden gelocked. Deze 976 Hz stappen zijn veel te groot voor SSB en CW, maar prima voor PSK31 ontvangst. Omdat de VFO op de halve ontvangstfrequentie werkt, is de ontvanger afstembaar in stappen van 2 x 976 Hz = 1952 Hz! Deze grote stappen zijn voor PSK31 ontvangst met de PC geen enkel probleem.


De frequentie stabilisator met fijnafstemming.
big diagram

Hoe werkt de frequentie stabilisator
Heel veel informatie over Huff & Puff frequentie stabilisatoren kun je vinden op de geweldige site van Hans Summers (zoek op "Hans Summers" of "G0UPL" om zijn site te vinden). Er zijn tegenwoordig verbeterde versie's van de door PA0KSB uitgevonden schakeling. Hier is een oudere versie toegepast, deels omdat ik de onderdelen had liggen maar ook omdat deze als frequentie calibrator gebruikt kan worden.

Het principe van deze stabilisator is heel eenvoudig:
Eigenlijk is het geen frequentie regeling maar een fase regeling. De D-ingang van een D-flipflop wordt aangesloten op het VFO signaal. De klok-ingang op het kloksignaal van 976 Hz. Op de opgaande flank van het kloksignaal neemt de uitgang de waarde van de D-ingang over. Dus een "1" wanneer de klokpuls tijdens de positieve helft van de sinus van het VFO signaal komt, een "0" wanneer de klokpuls tijdens de negatieve helft van de sinus van het VFO signaal komt. De uitgang van de D-flipflop regelt via een soort PLL regelfilter de VFO frequentie bij.


Ontvangst van het 10 MHz ijksignaal zonder stabilisator
gedurende twee minuten. Verloop al 60 Hz!

Ontvangst van het 10 MHz ijksignaal met stabilisator
gedurende een half uur. Verloop maar 2 tot 3 Hz!

Zonder frequentie stabilisator verliep de ontvanger ongeveer 60 Hz in twee minuten, soms al 10 tot 20 Hz in een paar seconden. Met frequentie stabilisator was het verloop in een half uur 2 tot 3 Hz op 10 MHz! Dit verloop kon heel eenvoudig worden gemeten door de ontvanger af te stemmen op het 10 MHz signaal van mijn eenvoudige frequentie standaard en de frequentie van het laagfrequent signaal te meten met de geluidskaart van de PC en een audio spectrum analyzer programma.

Het lusfilter van de regeling
Het is een eenvoudig regeling, vergelijk het met een snelheidsregeling die twee standen kent: Volgas of keihard remmen. Daarom moet de regeling vertraagd en gedempt worden in het lusfilter. Kies de waarde van Rx en Cx zodanig dat de regeling stabiel is en er weinig rare bijgeluiden hoorbaar zijn bij ontvangst van CW signalen. Wanneer je het kloksignaal van Q14 gebruikt, kun je in kleinere stappen afstemmen. Wel stabiliseert de schakeling dan minder goed en moet Cx 100 uF worden en Rx een waarde hebben tussen de 68 en 120 ohm. Maar dat kan in een andere schakeling wel weer heel anders zijn!
De eerste experimenten waren geen succes en het project heeft dan ook een hele tijd in de kast gelegen. De oplossing was eenvoudig, ik had verkeerde waarden voor Cx en Rx gekozen waardoor de regeling niet werkte.


De lock indicator met twee ledjes.
Verdraai de potentiometer zo dat ze even fel branden.
Dan staat de stabilisator in het midden van het regelbereik.

Hoe moet je de frequentie stabilisator gebruiken
Wanneer S1 in de stand "open" staat, werkt de potentiometer als fijnafstemming voor CW en SSB. In de gesloten positie synchroniseert de VFO op veelvouden van 976 Hz. Met de potentiometer kun je naar het volgende veelvoud van 976 Hz afstemmen en de stabilisator netjes in het midden van het regelbereik zetten met behulp van de twee ledjes (wel langzaam draaien). In het midden van het regelbereik branden ze even fel. Het is grappig om te zien dat de ene feller oplicht en de ander zwakker wordt wanneer je je hand naar de VFO spoel toe beweegt. Doe je dit te snel, dan gaat de VFO uit de lock.
Bij een minder goede keuze van Cx en Rx lockt de regeling vaak (ongewenst en slecht) op veelvouden van subharmonischen van het kloksignaal. Wanneer je langzaam aan de potentiometer draait, moet de schakeling gelocked blijven wanneer een van de beide leds bijna uit is en de CW signalen moeten hoorbaar zijn zonder al te veel bijgeluiden.

Een VCO zonder varicap
Uiteraard moet de VFO bijgeregeld kunnen worden en dan denken we al snel aan het toepassen van een varicap. Maar het kan ook anders (en simpeler!).
Fijnafstemming bleek heel eenvoudig gerealiseerd te kunnen worden door de basis instelling van de VFO transistor T2 een beetje te varieren met behulp van een weerstand van 1M ohm en een potentiometer van 10k ohm. Het afstembereik is ongeveer 60 kHz. Gek genoeg was dit op iedere band ongeveer gelijk! Waardoor de frequentie variatie wordt veroorzaakt is mij niet duidelijk. Misschien door varicap eigenschappen van de transistor maar misschien ook door variatie van de versterking. Deze methode om de frequentie te varieren zonder gebruik te maken van een varicap diode wordt hier gebruikt om de VFO frequentie bij te regelen door frequentie stabilisator!


Gratis frequentie marker generator! Eenvoudig door een
een pin van de 74HC4060 met een schroevedraaier aan te raken!

Gratis frequentie marker generator
Wanneer je een schroevedraaier tegen pin 7 van de 74HC4060 houdt, hoor je op veelvouden van 500 kHz een duidelijke toon. Prima voor het exact afstemmen op 7, 10 en 14 MHz.
Zet je de schroevedraaier op pin 4, dan hoor je een toon op veelvouden van 125 kHz. Deze gebruik je om af te stemmen op 10125 kHz en 14125 kHz.
En houd je hem tegen pin 6, dan kun je prima afstemmen op 14062.5 kHz. Wanneer je iets lager afstemt, ontvang je de QRP signalen op 14060 kHz.
En het afstemmen op 7030 kHz doe je door de schroevedraaier tegen pin 14 aan te houden.
Door de waarde van de condensatoren van 47pF te wijzigen, kun je de 8 MHz oscillator exact op de juiste frequentie afregelen.

Afstemmen op andere frequenties kun je op de volgende manier doen: wil je op 10140 kHz afstemmen, zet dan de schroevedraaier op pin 4 en stem zero-beat af op 10125 kHz. Laat op de PC een audio spectrum programma draaien en verstem de ontvanger zodanig dat je het 10125 kHz signaal op 14 kHz in het audio spectrum ziet verschijnen. De VFO staat nu op 10139 kHz en je hoort 10140 kHz signalen met een audio toon van 1 kHz! Het klinkt ingewikkeld maar dat is het niet.


Wanneer de ontvanger op de geluidskaart van de PC wordt aangesloten, dan is de laatste
LF trap van de oorspronkelijke ontvanger (rechts van de blauwe streep) overbodig.

Aansluiting op de geluidskaart van de PC voor PSK31 ontvangst
Het signaal van de 1e LF trap kan worden aangesloten op de microfoon ingang van de audiokaart. Schakel dan wel de microfoon voorversterker van de geluidskaart in. De tweede LF trap voor de koptelefoon die in de oorspronkelijke ontvanger te vinden is, is nu niet meer nodig.
Het audio bereik gaat tot ongeveer 3 kHz. Wil je dit vergroten voor experimenten met DRM of bepaalde SDR programma's, dan kan dat. Vervang de 47 nF condensator door een van 4700 pF en de 10 nF condensator aan de collector van T3 door 1000 pF.

Resultaten
PSK31 is prima te ontvangen met de frequentie stabilisator. Met de lock indicator bestaande uit twee ledjes kan goed gecontroleerd worden of de stabilisator binnen zijn regelbereik blijft. Voor ontvangst van SSB en CW stations wordt de frequentie stabilisator uitgeschakeld. De frequentie stappen zijn veel te groot en de stabilisator veroorzaakt toch nog wat zwakke, maar irritante bijgeluidjes. Gelukkig is de VFO stabiel genoeg voor ontvangst van SSB en CW. De fijnafstemming werkt prima, het afstemmen op SSB stations is nu heel gemakkelijk.


Ontvangst van PSK31 met het programma MultiPSK van
Patrick F6CTE gaat prima met de frequentie stabilisator!

QRP bakens
Al op de eerste avond na het toevoegen van de 30 meter band bleek dat de ontvanger heus nog niet zo slecht is: het QRP baken SK6RUD op 10133 kHz (0.5 watt!) kon niet sterk maar toch goed worden ontvangen, inclusief de verwijzing voor informatie naar de website www.radiorud.se!
Ook het 2 watt baken van IK3NWK op 10140.8 kHz is vaak te horen.

ARGO, een programma voor ontvangst van QRSS bakens met heel laag vemogen
Verbindingen maken met heel laag vermogen, dat moet ons QRP'ers toch wel interesseren! Een aantal amateurs is actief met uitzendingen met heel laag vermogen van minder dan 100 mW. En het lukt hen om daarmee wereldwijd verbindingen te maken. Dit doen ze door een hele lage seinsnelheid te gebruiken in combinatie met een speciaal computer programma zoals ARGO. De seinsnelheid is heel laag, 1 punt duurt 1 tot 3 seconden. Ook moet je een frequentie stabiele zender en ontvanger hebben. Maar stabiel is deze simpele ontvanger met frequentie stabilisator zeker!
Helaas waren er geen stations actief, wel kon ik een professionele HF generator gebruiken om eens te testen hoeveel beter zo'n signaal te ontvangen is vergeleken met gewone CW signalen.


Ontvangst van QRSS signalen met het programma ARGO.
De 31 Hz lijn is het zwakke testsignaal.

En de resultaten waren inderdaad verbluffend! Het testsignaal van de HF generator is de witte lijn bij 31 Hz. De andere lijnen zijn stoorsignalen van de PC of andere signalen die toch nog ontvangen werden zonder aangesloten antenne. Het linker deel van de 31 Hz lijn is zeer helder, maar was zo zwak, dat langzaam geseinde morse nog net te nemen zou zijn. Het middelste deel is 10 dB lager, onhoorbaar maar nog zeer duidelijk te zien. Het rechter deel was 20 dB zwakker dan langzaam geseinde morse dat nog net op het gehoor te decoderen zou zijn. Absoluut onhoorbaar maar toch nog prima zichtbaar. QRSS bakens die 20dB zwakker zijn dan nog net te decoderen langzaam geseinde morse zijn dus nog te ontvangen!!! Een 50 mW QRSS baken kan dus hetzelfde als een 5W QRP zender met 100x meer vermogen!

Het is heel leuk om met dit programma te experimenteren. Om op de exacte frequentie te kunnen afstemmen heb ik een aansluiting voor een frequentie teller gemaakt op de frequentie stabilisator. Ook moet de geluidskaart gecalibreerd worden, die van mij wijkt bij 1 kHz ongeveer 20 Hz af. Voor dit ijken kun je het 976 Hz kloksignaal nemen. Even met je vinger aanraken is voldoende om een sterk ijksignaal zichtbaar te maken.

En zo laat ook dit verhaaltje weer eens zien dat je heel veel knutselplezier kunt hebben met heel eenvoudige schakelingetjes!

Ook gepubliceerd in de Nieuwsbrief van de Benelux QRP club!


BACK TO INDEX PA2OHH